Modelo atómico de Bohr

¿Qué es el modelo atómico de Bohr?

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La teoría atómica ha recorrido un largo camino en los últimos miles de años. Comenzando en el siglo V a. C. con la teoría de Democritus de “corpúsculos” indivisibles que interactúan entre sí mecánicamente, luego avanzando hacia el modelo atómico de Dalton en el siglo XVIII, y luego madurando en el siglo XX con el descubrimiento de las partículas subatómicas y la teoría cuántica. El viaje de descubrimiento ha sido largo y sinuoso.

Podría decirse que uno de los hitos más importantes en el camino ha sido el modelo atómico de Bohr, que a veces se conoce como el modelo atómico de Rutherford-Bohr. Propuesto por el físico danés Niels Bohr en 1913, este modelo representa al átomo como un pequeño núcleo cargado positivamente rodeado de electrones que viajan en órbitas circulares (definidas por sus niveles de energía) alrededor del centro.

El Modelo Bohr:

Los experimentos posteriores de Antonius Van den Broek y Niels Bohr refinaron aún más el modelo. Si bien Van den Broek sugirió que el número atómico de un elemento es muy similar a su carga nuclear, este último propuso un modelo del átomo similar al Sistema Solar, donde un núcleo contiene el número atómico de carga positiva y está rodeado por un número igual. número de electrones en las capas orbitales (también conocido como el modelo atómico de Bohr ).

Además, el modelo de Bohr refinó ciertos elementos del modelo de Rutherford que eran problemáticos. Estos incluían los problemas derivados de la mecánica clásica, que predijeron que los electrones liberarían radiación electromagnética mientras orbitaban un núcleo. Debido a la pérdida de energía, el electrón debería haberse disparado rápidamente hacia adentro y colapsarse en el núcleo. En resumen, este modelo atómico implicaba que todos los átomos eran inestables.

Diagrama de un electrón que cae de un orbital superior a uno inferior y emite un fotón. Crédito de la imagen: Wikicommons
Diagrama de un electrón que cae de un orbital superior a uno inferior y emite un fotón. Crédito de la imagen: Wikicommons

El modelo también predijo que a medida que los electrones giraban en espiral hacia adentro, su emisión aumentaría rápidamente en frecuencia a medida que la órbita se hacía más pequeña y más rápida. Sin embargo, los experimentos con descargas eléctricas a fines del siglo XIX demostraron que los átomos solo emiten energía electromagnética a ciertas frecuencias discretas.

Bohr resolvió esto al proponer que los electrones que orbitan el núcleo de forma compatible con la teoría cuántica de la radiación de Planck. En este modelo, los electrones pueden ocupar solo ciertos orbitales permitidos con una energía específica. Además, solo pueden ganar y perder energía saltando de una órbita permitida a otra, absorbiendo o emitiendo radiación electromagnética en el proceso.

Estas órbitas estaban asociadas con energías definidas, a las que se refería como capas de energía o niveles de energía . En otras palabras, la energía de un electrón dentro de un átomo no es continua, sino “cuantificada”. Por lo tanto, estos niveles se etiquetan con el número cuántico n ( n = 1, 2, 3, etc. ) que, según él, podría determinarse utilizando la fórmula de Ryberg , una regla formulada en 1888 por el físico sueco Johannes Ryberg para describir las longitudes de onda de las líneas espectrales. de muchos elementos químicos.

Influencia del Modelo Bohr:

Mientras que el modelo de Bohr demostró ser innovador en algunos aspectos – la fusión de Ryberg la constante y la constante de Planck(también conocido como la teoría cuántica.) Con el modelo de Rutherford – lo hizo sufrir de algunos defectos que más tarde ilustraría experimentos. Para empezar, asumió que los electrones tienen un radio y una órbita conocidos, algo que Werner Heisenberg refutaría una década más tarde con su Principio de Incertidumbre .

Además, si bien fue útil para predecir el comportamiento de los electrones en los átomos de hidrógeno, el modelo de Bohr no fue particularmente útil para predecir los espectros de los átomos más grandes. En estos casos, donde los átomos tienen múltiples electrones, los niveles de energía no fueron consistentes con lo que Bohr predijo. El modelo tampoco funcionó con átomos de helio neutros.

El modelo de Bohr tampoco pudo explicar el efecto Zeeman , un fenómeno observado por los físicos holandeses Pieter Zeeman en 1902, donde las líneas espectrales se dividen en dos o más en presencia de un campo magnético externo y estático. Debido a esto, se intentaron varios refinamientos con el modelo atómico de Bohr, pero también resultaron ser problemáticos.

Al final, esto llevaría a que el modelo de Bohr fuera reemplazado por la teoría cuántica, consistente con el trabajo de Heisenberg y Erwin Schrodinger. Sin embargo, el modelo de Bohr sigue siendo útil como herramienta de instrucción para introducir a los estudiantes a teorías más modernas, como la mecánica cuántica y el modelo atómico de concha de valencia.